CopyOnWriteArrayList详解

CopyOnWriteArrayList是ArrayList 的一个线程安全的变体，其中所有可变操作（add、set等等）都是通过对底层数组进行一次新的复制来实现的。

这一般需要很大的开销，但是当遍历操作的数量大大超过可变操作的数量时，这种方法可能比其他替代方法更有效。在不能或不想进行同步遍历，但又需要从并发线程中排除冲突时，它也很有用。“快照”风格的迭代器方法在创建迭代器时使用了对数组状态的引用。此数组在迭代器的生存期内不会更改，因此不可能发生冲突，并且迭代器保证不会抛出ConcurrentModificationException。创建迭代器以后，迭代器就不会反映列表的添加、移除或者更改。在迭代器上进行的元素更改操作（remove、set和add）不受支持。这些方法将抛出UnsupportedOperationException。允许使用所有元素，包括null。

内存一致性效果：当存在其他并发 collection 时，将对象放入CopyOnWriteArrayList之前的线程中的操作 happen-before 随后通过另一线程从CopyOnWriteArrayList中访问或移除该元素的操作。

这种情况一般在多线程操作时，一个线程对list进行修改。一个线程对list进行fore时会出现java.util.ConcurrentModificationException错误。

下面来看一个列子：两个线程一个线程fore一个线程修改list的值。

package com.lucky.concurrent.list;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class CopyOnWriteArrayListDemo {
	/**
	 * 读线程
	 * @author wangjie
	 *
	 */
	private static class ReadTask implements Runnable {
		List<String> list;

		public ReadTask(List<String> list) {
			this.list = list;
		}

		public void run() {
			for (String str : list) {
				System.out.println(str);
			}
		}
	}
	/**
	 * 写线程
	 * @author wangjie
	 *
	 */
	private static class WriteTask implements Runnable {
		List<String> list;
		int index;

		public WriteTask(List<String> list, int index) {
			this.list = list;
			this.index = index;
		}

		public void run() {
			list.remove(index);
			list.add(index, "write_" + index);
		}
	}

	public void run() {
		final int NUM = 10;
		List<String> list = new ArrayList<String>();
		for (int i = 0; i < NUM; i++) {
			list.add("main_" + i);
		}
		ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(NUM);
		for (int i = 0; i < NUM; i++) {
			executorService.execute(new ReadTask(list));
			executorService.execute(new WriteTask(list, i));
		}
		executorService.shutdown();
	}

	public static void main(String[] args) {
		new CopyOnWriteArrayListDemo().run();
	}
}

运行结果：

从结果中可以看出来。在多线程情况下报错。其原因就是多线程操作结果：那这个种方案不行我们就换个方案。用jdk自带的类CopyOnWriteArrayList来做容器。这个类和ArrayList最大的区别就是add(E) 的时候。容器会自动copy一份出来然后再尾部add(E)。看源码：

/**
     * Appends the specified element to the end of this list.
     *
     * @param e element to be appended to this list
     * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
     */
    public boolean add(E e) {
	final ReentrantLock lock = this.lock;
	lock.lock();
	try {
	    Object[] elements = getArray();
	    int len = elements.length;
	    Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
	    newElements[len] = e;
	    setArray(newElements);
	    return true;
	} finally {
	    lock.unlock();
	}
    }

用到了Arrays.copyOf 方法。这样导致每次操作的都不是同一个引用。也就不会出现java.util.ConcurrentModificationException错误。
换了种方案看代码：

//		List<String> list = new ArrayList<String>();
		CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();

也就把容器list换成了 CopyOnWriteArrayList，其他的没变。线程里面的list不用改。因为 CopyOnWriteArrayList实现的也是list<E> 接口。看结果：

其结果没报错。
CopyOnWriteArrayList add(E) 和remove(int index)都是对新的数组进行修改和新增。所以在多线程操作时不会出现java.util.ConcurrentModificationException错误。
所以最后得出结论：CopyOnWriteArrayList适合使用在读操作远远大于写操作的场景里，比如缓存。发生修改时候做copy，新老版本分离，保证读的高性能，适用于以读为主的情况。

CopyOnWriteArrayList详解

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